完井以降低水流入的流入控制装置和方法与流程
相关申请的交叉参考
本申请要求2018年12月28日提交的标题为“完井以降低水流入的流入控制装置和方法”的美国临时专利申请系列no.62/786138和2018年9月20日提交的标题为“减少水产生的方法和系统”的美国临时申请系列no.62/733709的权益，二者具有共同的发明人和申请人，其二者的公开内容在此以其全部引入作为参考。
发明背景
这一节目的是介绍技术的各个方面，其可能与本发明的示例性实施方案相关联。这个讨论据信有助于提供框架来便于更好地理解本发明的具体方面。因此，应当理解这一节应当从这方面解读，并且无需解读为现有技术的承认。
发明领域
本发明涉及完井领域。更具体地，本发明涉及井筒中储集层流体的受控流入。本发明进一步涉及井下流入控制装置，其能够过滤或者限制水流入生产流体。
技术讨论
在油气井的钻探中，井筒是使用钻头形成的，钻头是在钻柱的下端处向下驱进的。在钻探到预定深度后，除去该钻柱和钻头并且向所述井筒中插入套管柱。因此在所述套管柱和地岩层之间形成环形区域。通常进行胶合作业来用水泥填充或者“压挤”所述环形区域。水泥和套管的组合增强了所述井筒和促进了所述套管后的地岩层的隔离。
通常是将几个具有逐渐减小的外径的套管柱置于井筒中。将钻探和然后胶合逐渐减少套管柱的方法重复几次直到该井达到总深度。将最终的套管柱(称作生产套管)合适地胶合并且穿孔。
今天大部分的生产井筒是水平完成的。这意味着所述井筒的下部具有后跟和趾部，从而形成了所谓的“腿”。在大部分情况中，生产套管柱是沿着所述腿放置的。然后将生产套管穿孔并且将周围的地岩层分级压裂。
在一些情况下操作者会期望将所述井筒的腿(或者底部部分)打开。在完成裸眼井中，生产套管没有延伸穿过所述生产区和穿孔；代替地，所述生产区保持无套管。所谓的砂筛是沿着开放井筒布置的，这形成了用于生产流体的主要流路。
在大部分的常规储集层中完成裸眼井相比于完成套管井具有某些优点。完成裸眼井允许地岩层流体在井的方位角的整个360度上径向会聚到井筒。这具有降低压力降的益处，所述压力降与会聚径向流和然后穿过粒子填充的穿孔隧道的流动摩擦相关。与完成裸眼井相关的减少的压力降通常有益于常规储集层中的生产。
此外，使用砂筛(具有或者不具有沿着裸眼井井筒的砂砾填料)有助于防止地岩层细粒进入所述井筒和所述井漏砂。
令人期望的是控制储集层流体向井筒中的流入。为此目的，所述井可以用筛和带狭缝的基础管来完井，其是沿着水平腿同心放置的。流入控制装置和/或封隔器可以沿着所述基础管布置。所述流入控制装置通过增加沿着完井区的压降而限制了它们安装之处的区域中的生产，由此使得储集层性能例如渗透性，和压力中的不均匀性效果平坦化。
国际公开no.wo2007/126496；美国专利no.7708068；美国专利no.7984760；美国专利no.8127831；和美国专利公开no.2015/0027700公开了多种使用流入控制装置的实施方案，其包括相关的砂筛。它们包括使用可溶胀或者可降解材料和使用滑动套筒。这些流入控制装置可以从地面启动或者操作来在生产操作开始时，限制生产流体向基础管中的流动。
在一些水平完井中，具体的区域会开始产生不期望量的水。这被称作水窜状况。早期水窜是在采用水压支持的储集层中实现目标生产和最大烃回收率的主要挑战之一。
最近已经引入了自动流入控制装置(aicd)。它们是主动流动控制装置，其可以响应流过其中的流体的物理性能(例如粘度，密度)，而传递可变的流动限制。目前可用的aicd可以限制水流入，同时允许油流动。这假定了所述油和水的密度和粘度是明显不同的。
所以，需要这样的流入控制装置，其能够接收烃流体，同时限制水流入。进一步需要这样的流入控制装置，其能够运行而没有来自地面的干涉或者不使用外部的启动装置。
技术实现要素：
本申请首先提供一种自动流入控制装置。所述流入控制装置目的是与沿着井筒的生产接头协同操作。优选所述生产接头是砂筛。仍然优选所述井筒是水平完井的，如使用砂筛的裸眼井完井一样。
在本发明中，所述aicd目的是作为主动流动控制装置，其可以响应流过其中的流体的物理性能(例如粘度，密度)，而传递可变的流动限制。在油和水的密度和粘度明显不同的情况中，目前可用的aicd可以限制水流入同时允许油流动。在某些方面，本发明将具有渗透性的多孔疏水材料与aicd技术相组合来产生甚至当水和油的物理性能类似时限制水流入的解决方案。所述多孔疏水材料用于排斥水分子(这归因于水分子强的偶极矩和相关的毛细管力和相对的渗透性效应)，同时允许烃分子(其是非极化的)经过孔的网络。虽然这种形式的aicd会有益于任何的烃-水混合物，但是它在轻质油(其的粘度类似于水)的情况中将是特别有效的。
在一种实施方案中，所述流入控制装置首先包括管状基础管。该基础管具有一个或多个通孔，其配置来接收井筒内的生产流体。所述基础管具有第一端和第二对端。每个端可以配置来螺纹连接到(或者操作性连接到)砂筛接头或者其他生产接头。同时，所述基础管配置来与井筒中的生产管流体连通来放置，这形成了主要流路。
所述流入控制装置还包括外壳。所述外壳沿着管状基础管的外径布置，并且还覆盖所述一个或多个通孔。优选，所述外壳在所述基础管周围以圆周方式布置。所述外壳包括流体入口，其配置来接收来自地下地岩层的生产流体。所述外壳包括面朝地下地岩层的主筛和配置来限制所生产的流体进入基础管的一个或多个喷嘴。
所述外壳包括位于所述外壳内的疏水材料。具体地，所述疏水材料是布置在所述主筛和喷嘴之间的多孔材料。在一方面，所述疏水材料包含由二氧化硅，聚四氟乙烯或者其组合制成的纤维的多孔网络。有益地，所述流入控制装置内的多孔疏水材料提供了具有预先设计的孔喉尺寸分布的孔网络，使得所述孔的网络允许烃流体在途中由此流动到基础管通孔，但是所述疏水材料限制或限定了含水流体由此通过。
在另一方面，所述疏水材料包含单个粒子的集合，其具有50μm到几毫米，例如高到和包括0.01mm，0.1mm，0.5mm，1mm，2mm，5mm或者甚至10mm的预选的外径，其可以使用压力，化学反应和/或热来紧密填充在一起或者熔合。可以选择所述粒子外径分布使得球形粒子的致密填充体具有在粒子之间的最佳通道尺寸，来用于传导烃的流动同时阻挡水。
在一些实施方案中，所述疏水材料可以优选包含单个粒子的集合，每个粒子的外径是50μm-1000μm。在一方面，每个粒子限定了包含内芯和外层的球形体。所述内芯优选是坚固的材料例如石墨烯珠。
取决于所选择的材料，每个粒子限定了由均质材料制成的球形粒子或者包含内芯和外层的球形体。所述外层是由疏水材料制成的，其中所述内芯包含压缩强度大的材料，例如陶瓷，纳米纤维，或者纳米碳增强的聚合物。
优选的是所述流入控制装置是与砂筛接头流体连通的。因此，在一方面，所述流入控制装置的入口接收这样的生产流体，其已经经过与砂筛接头相连的过滤介质。在这种情况中，所述基础管是和与砂筛接头相连的基础管流体连通的。
在另一方面，所述流入控制装置的外壳是砂筛接头本身的过滤介质。同时，所述流入控制装置的入口限定了由砂筛接头的过滤介质形成的狭缝。所述基础管在所述过滤介质内同心布置，这在所述基础管和周围的过滤介质之间形成了环形流路。在这种排列中，所述多孔的疏水材料布置在所述环形流路内。在这种排列中，所述地岩层流体依照轴向对称的环形流路首先穿过所述筛，然后穿过所述多孔疏水材料，然后进入所述基础管的一个或多个通孔。
在仍然的另一方面，所述流入控制装置可以没有任何筛而制造，或者至少在所述筛中没有标准的开口。在其中不期望砂生产的应用中，所述多孔的疏水材料可以制造来同心置于所述基础管的周围，在所述筛下面具有穿孔来作为基础管中的直通通路。
本申请还提供了一种在地下地岩层中完井的方法。所述方法目的是降低进入井筒的水流入。该井筒优选包括水平完成的下部。
所述方法首先包括提供流入控制装置。该流入控制装置是根据上面在它的不同的实施方案中所述的流入控制装置来构建的。在这方面，所述流入控制装置包含管状基础管，其具有一个或多个通孔来接收井筒内的生产流体。该装置进一步包括外壳，其保持着位于该外壳内的疏水材料。从地下地岩层移动到基础管内的狭缝中的生产流体必须送过所述疏水材料。
所述流入控制装置内的疏水材料提供了孔的网络。该孔的网络允许烃流体由此流动到所述通孔，但是所述疏水材料阻挡了含水流体由此通过。
所述方法首先包括选择多孔疏水材料。该多孔疏水材料打算用于流入控制装置中。在一方面，所述流入控制装置内的疏水材料提供了孔的网络。该孔的网络允许烃流体在途中由此流动到所述基础管，但是所述多孔疏水材料限制了含水流体由此通过。
所述多孔疏水材料优选包含单个粒子的集合，并且所述粒子具有预选的外径。所述外径可以是50μm到几毫米，其可以使用压力和/或热来紧密填充在一起或者熔合。每个粒子可以包含由均质材料制成的球形粒子。可选择地，每个粒子可以由内芯和外层构成。在这种情况中，所述外层由疏水材料制成，而内芯包含压缩强度大的材料例如陶瓷，纳米纤维或者纳米碳增强的聚合物。
在一方面，所述方法可以此外包含将所述流入控制装置的管状主体的第一端与第一砂筛接头的端部操作性连接。所述方法将进一步包含将所述流入控制装置的管状主体的第二端与第二筛接头的端部操作性连接。
所述方法因此还包括将所述砂筛接头和连接的流入控制装置运行入井筒中。优选将所述砂筛接头和流入控制装置运行入井筒中包含将第二砂筛接头和流入控制装置放置入井筒的水平腿中。
任选地，所述方法此外包含以商业上可行的量从井筒生产烃流体。生产烃流体引起烃流体从地下地岩层行进穿过所述流入控制装置，进入所述基础管，并且上升到地面。
附图说明
因此其中能够更好地理解本发明的方式，某些图示，图表和/或流程图附属于其。但是，要注意附图仅仅显示了所选择的本发明的实施方案，和因此不被认为限制了范围，因为本发明可以允许其他同样有效的实施方案和应用。
图1是在一种实施方案中，本发明的化学启动的流入控制装置的透视图。
图2a是图1的流入控制装置的横截面图。所述流入控制装置已经串联布置于两个砂筛接头之间。该流入控制装置处于它的流动位置。
图2b是图1的流入控制装置的另一横截面图。这里，所述流入控制装置已经启动，并且已经移动到它的密封位置。
图2c是图2a的流入控制装置的横截面图。所述截面是沿着图2a的线2c-2c取的，并且显示了可化学降解的部件的特征，并且柱塞处于它的流动位置。
图2d是图2b的流入控制装置的横截面图。所述截面是沿着图2b的线2d-2d取的。同样显示了所述流入控制装置的主体和偏心部分的轮廓，并且柱塞处于它的密封位置。
图3是在一种实施方案中，砂筛组件的示意图。该砂筛组件包括一对相反的结合组件。将化学启动的流入控制装置沿着该砂筛组件置于所述砂筛的接头之间。
图4a是在一种可选择的实施方案中化学启动的流入控制系统的横截面图。所述流入控制系统代表了布置在砂筛接头内的多个可降解球阀。
图4b是图4a的流入控制系统的另一横截面图。这里，曝露于水生产的球阀开始降解。
图4c是图4a的流入控制系统的仍然另一横截面图。这里，曝露于水生产的球阀已经完全溶解。
图4d是图4a的流入控制系统的仍然另一横截面图。处理流体被送过与溶解的球阀相连的端口。
图5a是在一种实施方案中，本发明的砂筛接头的透视的，剖视图。这里，所述砂筛接头包含布置在环形流路内的疏水材料。
图5b是图5a的砂筛接头沿着线5b-5b所取的横截面图。更清楚地理解了所述疏水材料的放置。
图6a是可以用作图5b的疏水材料的粒子网络的横截面图。
图6b是来自图6a的粒子之一的放大图。
图7a显示了在一种实施方案中，本发明的流入控制装置的使用。将所述流入控制装置置于带狭缝的基础管上来控制水向基础管中的流动。
图7b是图7a的icd的放大的横截面图。可以看到疏水材料在icd中的布置。
图8是一种实施方案的完井方法的流程图。所述方法包括将化学启动的流入控制装置在砂筛接头之间运行入井筒中。
图9是在一种可选择实施方案中，完井方法的流程图。所述方法包括将带狭缝的基础管运行入井筒中。多孔的疏水材料在生产流体进入带狭缝的基础管之前过滤了它们。
具体实施方式
定义
作为本文使用的，术语“油”或者“烃”指的是这样的有机化合物，其主要(如果非排他地)包括元素氢和碳。烃通常落入两类中：脂肪族或者直链烃，和成环的或者闭环烃，包括成环的萜烯。含烃材料的例子包括任何形式的天然气，油，煤和沥青，其可以用作燃料或者提质成燃料。
作为本文使用的，术语“烃流体”指的是气态或者液态的烃或者烃的混合物。例如烃流体可以包括在地岩层条件，在加工条件或者在环境条件(15℃-20℃和1atm压力)时为气态或者液态的烃或者烃的混合物。烃流体可以包括例如油，天然气，煤床甲烷，页岩油，热解油，热解气，煤的热解产物，和处于气态或液态的其他烃。
作为本文使用的，术语“流体”指的是气体，液体及气体和液体的组合，以及指的是气体和固体的组合，及液体和固体的组合。
作为本文使用的，术语“生产流体”指的是那些流体，其包括烃流体，其可以从地下地岩层接收到井筒中。
作为本文使用的，术语“地下”指的是存在于地球表面下的地质地层。
术语“地下间隙”指的是其中可以布置地岩层流体的地岩层或者部分的地岩层。所述流体可以例如是烃液体，烃气体，含水流体或者其组合。地下间隙可以具有多于一个所关注的区域。
作为本文使用的，术语“井筒”指的是通过钻探或者将管道插入地下而产生的地下的孔洞。井筒可以具有基本上圆形横截面，或者其他横截面形状。作为本文使用的，术语“井”当指的是地岩层中的开口时，可以与术语“井筒”互换使用。
具体实施方案的说明
本发明在此是与某些具体实施方案相关来描述的。但是，在这样的程度上，即，下面的详细说明对于具体实施方案或者具体用途是特异性的，这样的目的仅仅是示例性的和并非解释为限制本发明的范围。
本发明的某些方面还结合不同的图进行了描述。在某些图中，图画页的顶部目的是朝着地面，和图画页的底部朝着井底部。当描述性术语“上和下”或者“上面”和“下面”或者类似术语用于提及附图或者用于权利要求中时，它们目的是指示附图页上的相对位置或者涉及权利要求术语，并非必需在地面上定向，因为本发明的效用与井筒如何定向无关。
图1是在一种实施方案中，本发明的化学启动的流入控制装置100的透视图。流入控制装置100设计来置于井筒(未示出)中。所述井筒是为了生产烃流体来加工或者商业销售而形成的。优选所述井筒完成来在井筒的下端处具有裸眼井部分。优选所述裸眼井部分是在地球地下在水平定向上形成的。已经观察到目前北美洲钻探的大部分井是水平完成的。
流入控制装置100用于控制流体向井下管状主体中的流入。这样的主体的一个例子是带狭缝的基础管。优选将流入控制装置100串联置于砂筛的相对接头之间。
流入控制装置100首先包含管状主体110。管状主体110具有第一端112和第二对端114。在一方面，每个端112，114包含一定的外径，其尺寸化来连接到过滤介质的分别的端部上。连接可以依靠夹紧，压接或者焊接来进行。
所述流入控制装置100包含钻孔115。钻孔115从第一端112延伸到第二端114。钻孔115尺寸化来接纳基础管120。基础管120包含第一端122和第二对端124。在所述第一端122和第二124端的中间，基础管120包括多个狭缝126(或者其他通孔结构)。狭缝126尺寸化和排列来接收来自地下地岩层的烃流体。
基础管120具有它自己的钻孔125。基础管120的钻孔125形成了主流路，用于将所述烃流体带到生产套管柱(未示出)和带到地面。钻孔125在第一端122和第二端124之间延伸。
带狭缝的基础管120从相对的砂筛接头延伸。(示例性的砂筛接头是图2a和2b中部分所示的)。在带狭缝的基础管120和周围的砂筛接头之间提供环形流路。所述流路延伸进入流入控制装置100的内部体积中。所述流路是用箭头“f”表示的。
带狭缝的基础管120优选包括处于对端的螺纹。所述螺纹能够在相对的砂筛接头的基础管之间进行螺纹连接。这更充分地显示在图2a和2b中，下面进行讨论。
在图1的示例性排列中，流入控制装置100还包括偏心部分116。偏心部分116配置和尺寸化来接收内部硬件，包括孔口250，其形成了受限制流路f′。孔口250和受限制流路f′还在下面涉及图2a和2b来显示和描述。有兴趣地，所述内部硬件包括化学启动的柱塞245，其设计来关闭所述受限制流路f′，以响应曝露于水基流体。
要注意的是早期水窜是在采用水压支持的储集层中实现目标生产和最大烃回收率的主要挑战之一。在一些情况中，水窜发生在其中油/水界面上升的水驱动储集层中。在其他情况中，水窜发生在其中水冲入具体区域中的水溢出作业中。在任何情况中，期望当发生水窜时流入控制装置自动切断所选择的砂筛组件或者其他井下工具中的生产。
现在参见图2a，显示了图1的流入控制装置100的横截面图。流入控制装置100的主体110以及偏心部分116是可见的。主体110的每个对端112，114密封性连接到砂筛接头210上。密封连接是在270显示的。
每个砂筛接头210是砂筛组件200的一部分，其包括基础管220。基础管220优选是带狭缝的；但是，基础管220之一或者二者可以是空管，因为可以用作流动控制系统的一部分。这样流动控制系统的一个例子公开在授予exxonmobilupstreamresearchcompany的美国专利no.9816361中。
基础管220包含管状主体，其形成了钻孔215。钻孔215是流体输送上到地面的主要流路的一部分。钻孔215当然是与带狭缝的基础管120的钻孔125串联的。
砂筛接头210包含多个开口216。开口216尺寸化来允许烃流体进入环形流路115同时过滤出砂粒和细物。再次提供各个箭头“f”来显示流体经过砂筛接头210和进入带狭缝的基础管120的钻孔的流路。
已经观察到环形流路115是在对端密封的。密封是通过环形环230来提供的。环230驱使所产生的流体移动穿过位于基础管120中的狭缝126。密封由沿着砂筛接头210中第一的空白端部分213协助。
为了使得生产流体进入狭缝126和主流路215，所述流体必须经过受限制流路。通过受限制流路的流体流动由箭头“f′”表示。受限制流路f′是通过布置在偏心部分116内的流入控制孔口250来形成的。流入控制孔口250优选由钢或者耐久性聚合物来制造，其能够经受住热，压力和井下流体的腐蚀性本质。
受限制流路f′的横截面积是由操作者根据沿着井筒的期望的压力和流体流量控制来尺寸化的。选择所述横截面积来产生沿着生产柱(优选在水平井筒中)另外的压降，来平衡生产通量。
密封机构240提供在流入控制装置100的偏心部分116中。当启动时，密封机构240密封了受限制流路f′，防止生产流体经过狭缝126和进入主流路125/215。
在本发明中，密封机构240是化学启动的。在一种实施方案中，密封机构240通过曝露于含水流体来具体启动的。为了实现这个目的，沿着偏心部分116提供了可化学降解的部件260。可化学降解的部件260当曝露于井下温度和压力的烃流体时保持了它的形状。同时，可化学降解的部件260由在水或者酸性流体存在下降解的材料制造。在一方面，可化学降解的部件260由碳-基或者镁-基钢制造。
认识到用于管主体的自动流入控制装置(或者“aicd”)是公知的。aicd可以响应流过它的流体的性能传递可变的流动限制。自动流入控制阀的一个例子是halliburton的
相反，部件260对于水的性能是化学响应的，其能够通过降解来关闭水向管主体中的流入。同时，部件260在轻质油例如丙烷存在下并不降解。
再次参见图2a，密封机构240还包括柱塞245。柱塞245布置在延长的外壳242内。外壳242紧密地和滑动地接收柱塞245。柱塞245偏置来通过弹簧244来移出外壳242。
弹簧244是通过柱塞245的向下力来保持压缩状态。依次地，柱塞245是通过可化学降解的部件260沿着外壳242固定位置。只要所述地岩层在生产烃流体(处于低wor)，则部件260使柱塞245保持固定位置。但是，当所述地岩层开始生产酸性流体(或者处于高wor的生产流体时)，部件260将开始降解/溶解。最后，部件260会不再保持柱塞245，并且释放柱塞245，这允许弹簧244推动柱塞245向前进入流入控制孔口250中。
柱塞245的尖端和肩部246沿着限流孔口250的内径252布置。内径252优选是由弹性体材料制造的。类似地，柱塞245的上部尖端和肩部246可以由弹性体材料制造。这允许柱塞245密封性布置在流入控制孔口250内。
在图2a中，流入控制装置100处于它的流动位置。这意味着柱塞245保持坐落在外壳242内。
图2b是图1的流入控制装置100的另一横截面图。这里，所述流入控制装置100已经启动。可以看到柱塞245已经从外壳242移动和进入密封位置。柱塞245的尖端和肩部246已经沿着流入控制孔口250的内径252布置。当这发生时，生产流体不再能够流过受限制流路f′和进入基础管220的钻孔125中。
图2c是图2a的流入控制装置100的横截面图。所述截面是沿着图2a的线2c-2c取的。这里，可以看到流入控制装置100的主体110和偏心部分116的轮廓，并且柱塞245处于它的流动位置上。
有兴趣地，可以看到偏心部分116内的可化学降解的部件260。在这种示例性排列中，有点海星样的形状提供给部件260。这种排列允许这样的开口241，其允许流体f在途中满流到带狭缝的基础管120的钻孔125。但是，还可接受的是具有如部件260那样的实心片，因为流体流f可以仍然利用整个环形流路115。
图2d是图2b的流入控制装置100的横截面图。所述截面是沿着图2b的线2d-2d所取的。再次看到了流入控制装置100的主体110和偏心部分116的轮廓，并且柱塞245处于它的密封位置。可以看到可化学降解的部件260的一部分已经溶解，这允许柱塞245释放到孔口250的内径252中。
在一方面，随着可化学降解的部件260溶解，释放了化学示踪剂。所述化学示踪剂可以位于部件260的内部部分中。操作者可以定期监视地面处的生产流体的组成。一旦检测了所述化学示踪剂，则操作者将知晓地下区域已经“水淹”和所述密封机构240已经启动。
在另一方面，密封机构240包含压电材料或者小的井下电池组(其提供了电能)。当柱塞的尖端246沿着限制流孔口250的内表面252布置时，电路完成和将电信号发送到地面。当检测到所述信号时，操作者再次将知晓地下区域已经“水淹”和所述密封机构240已经启动。
图3是砂筛组件200的示意图。砂筛组件200包括一个或多个砂筛接头(没有分别识别)210。中心钻孔225是通过砂筛接头210形成的。作为本文使用的，术语“砂筛”指的是任何过滤机构，其配置来防止具有某些尺寸的颗粒物质通过，同时允许气体，液体和某些细物流过。许多砂筛类型是本领域已知的并且包括绕接，网格材料，陶瓷包绕，织造网格和烧结金属。所述过滤介质产生了这样的基质，其允许地岩层流体进入同时限制某些尺寸的砂粒通过。
砂筛组件200包括一对相反的连接组件300。每个连接组件300包括转矩套管310，连接接头320和负荷套管330。连接接头320提供了螺纹连接转矩套管310在一端和负荷套管330处于对端的手段。连接接头320还形成了集管，用于在相邻的基础管220之间连通流体。
转矩套管310和负荷套管330能够与基础管220连接同时对齐传输管340，342来用于砾石填充浆料。美国专利no.7661476公开了一种生产柱(称作接头组件)，其使用了一系列的砂筛接头。′476专利在此以其全部引入作为参考。
转矩套管310和负荷套管330可以使用连接接头320来连接。连接接头320包括主体325和周围的同轴套管322。此外，连接接头320包括集管区324和至少一个流动端口326。连接接头320的另外特征包括转矩隔离片329和任选的螺栓323。转矩隔离片329和螺栓323将主体325保持在相对于同轴套管322的固定的同心关系。
同样，显示了流入控制装置328。流入控制装置328允许操作者选择性打开，部分地打开，关闭或者部分地关闭与流动端口326相连的阀门。这可以例如通过将井下工具送到有线线路或者电线或者盘管上(其已经产生了无线信号)来进行。流入控制装置328可以例如是滑动套管或者阀门。
美国专利no.10012032的标题是“井下流动控制，接头组件和方法”。这个专利属于exxonmobilupstreamresearchcompany并且公开了关于连接接头的另外信息，该连接接头用于将转矩套管与负荷套管相连来形成砂筛组件用连接组件。这个申请在此以其全部引入作为参考并且无需进一步讨论。
图3用于显示化学启动的流入控制装置100沿着砂筛接头210的布置。如结合图1和2a所述的那样，砂筛接头210操作性连接到装置100的管状主体110的对端112，114上。基础管220经过流入控制装置100(或者可选择地螺纹连接到管状主体110内的带狭缝的基础管)，带有生产流体。
每个砂筛组件300可以延伸40英尺到400英尺，这取决于砂筛接头210和相应基础管接头220(其是串联放置的)的数目。多个砂筛组件300可以沿着对应于不同井下生产区的井筒的水平腿放置。有益地，流入控制装置100允许将“水淹的”区域与主流路125/215断开。这可以无需电信号或者有线线路工具(其启动了滑动套管)来进行。
本申请还提出了使用可降解部件的其他流入控制装置。图4a是可选择的实施方案中化学启动的流入控制系统400的横截面图。流入控制系统400呈现布置在砂筛接头410内的多个可降解球阀430。更具体地，球阀430沿着基础管420的狭缝426布置在砂筛接头410内。
在图4a中，显示了两个砂筛接头410。砂筛接头410可以是砂筛组件例如图3的组件300的一部分。每个接头410限定了延长的管状主体，其是由端对端螺纹连接的一个或多个基础管420构成。基础管420是管状体，具有置于其中的策略位置上的穿孔或者狭缝426。另外，砂筛接头410包括过滤介质来形成砂筛。所述过滤介质可以是金属线或者有狭缝的陶瓷绕线，其安装在基础管420周围。所述过滤介质具有平行的狭缝，其尺寸化来防止高于预定尺寸的砂或者其他粒子流入基础管420中。
每个基础管420优选延伸了砂筛接头410的轴向长度。在一方面，基础管420在上游或者第一端附近操作性连接到负荷套管330上，和在下游或者第二端处连接到转矩套管310。
每个砂筛接头410可以是大约40英尺长度的单个接头，或者它可以是焊接或者另外连接在一起并且延伸高到400英尺长度的一系列接头。砂筛接头410是通过封隔器450隔开的。封隔器450不是传统的环形封隔器，而是圆柱形弹性体或者热塑性材料，其设计来密封环形流路415。
每个接头410布置在分别的生产区中。所述区域分别称作“a”和“b”。区域“a”和“b”处于封隔器450的对侧上。
每个砂筛接头410包含基础管420。基础管420依次每个包含系列的球阀430。在区域“a”中所述球阀称作430a，而在区域“b”中所述球阀称作430b。顾名思义，每个球阀430a，430b包含球形部件，或者球。在区域“a”中所述球称作435a，而在区域“b”中所述球称作435b。有兴趣地，球435a，435b由在含水流体存在下降解或者缓慢溶解的材料制造。这样的材料再次可以例如是碳-基或者镁-基钢。
在图4a中，每个区域“a”和“b”是由周围的地岩层405来进行生产的。箭头“o”表示由区域“a”和“b”生产烃流体(主要是油)。油从地岩层405开始流过砂筛接头410中的狭缝416，流过基础管410中的狭缝426，和流入主钻孔425中。已经观察到阀门430a，430b配置来允许流体流入主钻孔425。但是，只要球435a，435b没有溶解，则处理流体可以不通过阀门430a，430b回注和注入地岩层405中。
图4b是图4a的流入控制系统400的另一横截面图。这里，烃流体“o”继续是由区域“a”生产的。但是，区域“b”中的生产流体已经转变成主要含水流体“w”。这意味着球435b曝露于水生产。因为球435b在水存在下发生了溶解，因此球435b开始降解。
图4c是图4a的流入控制系统400的仍然另一横截面图。烃流体继续是由区域“a”生产的，而含水流体“w”继续是由区域“b”生产的。可以看到曝露于水生产“w”的球430b已经完全溶解。
为了校正水的生产，操作者会期望将处理流体“t”注入地岩层405中。图4d是图4a的流入控制系统400的仍然另一横截面图。箭头“t”表示处理流体向下注入到基础管420的主钻孔425中。处理流体“t”能够经过与溶解的球435b相连的端口426和进入区域“b”。但是，因为球435a保持完整，因此处理流体“t”不能经过与溶解的球435a相连的端口426和进入区域“a”。
如可见的，流入控制系统400没有那么多的流入控制装置，因为它是用于井下工具的流体流动控制系统。系统400给予操作者控制处理流体在具体深度或者沿着具体区域流出井筒的能力。这可以任选地在砂砾填充作业已经完成之后和在生产作业后井已经开始时进行。这可以进行而无需发送电信号或者运行设置工具来启动套管。
此处提供了可选择形式的自动流入控制装置。不是使用可降解材料例如部件260或者球335b中所用材料，流入控制系统可以使用过滤性材料。具体地，所述材料是多孔疏水材料，其引入地下装置中来形成新颖的流入控制装置。
图5a是本发明一种实施方案的砂筛组件500的透视剖视图。这展示了多孔疏水材料540的使用，其能够限制或者“过滤”水来防止进入井筒中的主流路。
砂筛组件500首先包含过滤介质510。所述过滤介质可以是金属或者陶瓷。所述过滤器的尺寸通常是60-120目，但是可以更大或者更小，这取决于具体环境。在任何实施方案中，过滤介质510产生了基质，其允许地岩层流体进入同时限制某些尺寸的砂粒通过。优选所述过滤介质510是绕丝砂筛。
砂筛组件500还包含基础管520。基础管520限定了延伸的管状装置，其同心布置在过滤介质510内。提供多个狭缝526来接收送过过滤介质510的烃流体。基础管520包括延长的钻孔525，其充当了所生产的烃流体到地面的主流路。
在基础管520和周围的砂筛510之间形成了环形区域515。环形区域515形成了从地下地岩层行进并且在途中穿过砂筛510到基础管520的流体的流路。环形流路515可以保持在砂砾填充作业过程中所用的一个或多个分流管或者运输管(未示出)。
环形区域515还包含疏水材料540。疏水材料540是多孔材料，其设计来允许烃流体进入孔网络，但是阻挡水分子。以这种方式，烃流体可以送过到主流路525，但是将很多程度上减少含水流体的生产。
图5b是图5a的砂筛组件500的横截面图。这里，更清楚地理解疏水材料540在环形流路515内的布置。所述图是沿着图5a的线5b-5b所取的。
多孔疏水材料540可以是疏水长丝的多孔网络，或者它可以包含疏水粒子。所述疏水材料必须是机械性能足够强的来维持井下压力差，而没有所述长丝或者粒子之间的连接通道的孔喉尺寸的明显变化。
图6a是可以用作图6a的多孔疏水材料540的粒子的三维(“3d”)致密填充体640的横截面图。球形粒子的3d致密填充体640在具有孔喉尺寸和渗透性(其取决于粒子外径)的粒子之间具有连接的通道网。
图6b是图6a的一个材料粒子540的放大图。可以观察到在示例性的粒子540中，提供了两个部件的组合。首先可见坚固材料的内芯542。所述芯542优选不是流体吸收性的。这种内芯542可以称作“内核”。芯542是由碳(或者纳米碳或者其他)材料制造的，其足够耐久来经受井下不同的压力。
要注意的是材料544的内芯或者内核542的直径取决于井下装置内的预期压力。如果预期压力是低的，则内核542的直径可以非常小，例如40μm-1000μm。确实地，在一些应用中可以根本不需要内核542。
其次，外疏水层544提供在内核542周围。外层544代表了疏水材料，其阻挡水分子(而非有机分子)。所述外部疏水层544是由这样的材料制造的，其在井下条件中是热稳定的并且其对于烃环境具有良好的耐受性。这种疏水层的外径可以从50μm到几毫米预先选择。在一些方面，所述疏水材料包含单个粒子的集合，其预选的外径是50μm到几毫米，例如高到和包括0.01mm，0.1mm，0.5mm，1mm，2mm，5mm或者甚至10mm，其可以使用压力，化学反应和/或热来紧密填充在一起或者熔合。在一些实施方案中，可以选择所述粒子外径分布以使得球形或者圆形粒子的3d致密填充体240具有粒子间连接通道的确定的最佳尺寸分布，用于传导烃的流动同时阻挡水。
在一种排列中，所述外部疏水层544由可压缩粒子的网络制造。每个可压缩粒子在高到10000psi时可以具有10％-30％的压缩率。至少一些可压缩粒子可以包含石墨或者石墨烯珠。在一种实施方案中，每个可压缩粒子包含多孔石墨碳(pgc)材料。在这种情况中，内芯542包含无定形碳，而外壳544包含石墨碳。
在另一种实施方案中，每个可压缩粒子包含聚合物。例如可以使用甲基丙烯酸甲酯和丙烯腈的共聚物。可以使用其他聚合物材料例如氯丁橡胶，聚氨酯橡胶，乙烯基，丁腈橡胶，丁基橡胶，epdm橡胶，硅橡胶或者其组合。
在一种优选的实施方案中，材料140使用了ptfe或者二氧化硅作为多孔疏水材料。具体地，材料140是由多孔二氧化硅或者多孔烧结的
3d多孔材料540由连接孔的网络640组成。所述孔形成了用于流体流动的窄路径。所述孔尺寸化来产生期望的水扼流效果。多孔材料540的疏水性有效地减少了水的流路但是允许油渗透所述网络640。
再次参见图5a，多孔材料540填充到环形流路515中。材料540阻挡了水流过环形流路515，充当了实际上的3d水过滤器，其允许烃流体进入主流路525而非水。要理解的是图5a的砂筛组件500仅仅是可以充当具有多孔材料540的流入控制装置的井下工具的一个例子。其他井下工具也可以适于与多孔材料540一起使用。
图7a显示了在一种可选择的实施方案中使用自动流入控制装置(或者“icd”)750。在这种排列中，将专用的icd750置于带狭缝的基础管720上，形成井下工具700。
井下工具700首先包含基础管720。基础管720限定了延长的管状主体722，其形成了钻孔725。钻孔725可以充当沿着井筒(未示出)的生产流体的主流路。基础管720的主体722包括多个狭缝726。以阴影显示的狭缝726接收生产流体，其在途中移动到钻孔725。
流入控制装置750安装到基础管720的主体722上。具体地，icd750直接置于狭缝726上。在图7a的排列中，示例性的icd750显示为相对纤薄的主体。但是，要理解的是icd750可以在主体722周围在30°，90°，180°或者甚至360°径向延伸。
图7b是图7a的icd750的放大的横截面图。icd750包含钢主体752。限制流孔口755是在钢主体752内产生的。限流孔口755具有一定的横截面流动面积，其是由操作者根据沿着基础管720期望的压力和流体流动控制来尺寸化的。选择所述横截面积以产生另外的压降来平衡生产通量。
icd750的上表面包含一个或多个通孔754。通孔754在地岩层和icd750的内部体积之间产生了流体连通。在图7b的排列中，所述内部体积是用多孔的疏水材料540填充的。
icd750的下表面还包含一个或多个通孔756。通孔756是沿着icd750的下表面布置的，其与限流孔口755相对。通孔756允许烃流体出来进入狭缝726中。当然，在一种实施方案中通孔756可以是单个大开口，或者“腔体”。
在操作中，生产流体将进入井筒。基础管720的主流路725内的压降将促使生产流体穿过上通孔754来进入icd750的内部体积。在那个点，所述生产流体将遇到疏水材料540。多孔网络(显示在图6a的640)将允许烃流体送过限流孔口755同时限制含水流体流过其中。因此，提供了化学icd。有益地，icd750不具有移动零件并且自动工作，无需电信号或者机械启动来在井下水窜时反应。
每个井下装置500，700设计来阻止水流入生产管的主流路。所述装置500，700仅仅是示例性的；所述多孔的疏水网络640可以置于其他的井下工具中。将预期在生产流体进入疏水网络640之前会需要外部筛来过滤砂子和细物。
与在井下使用装置500，700相关，因为所述装置曝露于较多的水，因此疏水网络640将变饱和，这阻止了生产流体向生产管中的任何进一步的流动。换言之，水饱和产生了对于随时间的流动阻力直到流动被疏水力明显减少或者甚至停止。有益地，这种水饱和条件可以反转。这将需要增加多孔网络640内的油饱和，并且与足够的压力差相组合。换言之，将需要油来替换所述多孔的疏水网络640内的水。可选择地，可以使用热油的相反冲洗。
有益地，可以选择多孔疏水材料的孔喉尺寸，以使得这种水引起的流动阻力条件可以用足够增加的流入油饱和，并且与足够的压力差相组合来反转。换言之，流动阻力将随着油替换多孔疏水材料内的水而降低。
基于上述说明，此处提供了用于完井的方法800。所述方法800显示在图8中。对于方法800来说，井筒优选包括作为裸眼井完成的下部。优选所述裸眼井部分是水平完成的。
在一方面，方法800首先包括提供第一砂筛接头和第二砂筛接头。这显示在框810处。第一和第二砂筛接头可以是砂筛组件，例如图3所示的组件300的一部分。在这种情况中，连接组件可以用于砂筛接头的对端上。可选择地，它们可以简单地是置于井筒中的一系列砂筛的一部分。
在任一情况中，所述第一和第二砂筛接头将首先包括基础管。基础管形成了生产流体的主流路。所述第一和第二砂筛接头还将包括过滤介质，其中所述过滤介质以圆周方式位于至少一部分的基础管的周围和沿着其布置。所述过滤介质产生了用于在地下生产操作中生产流体从周围的地下地岩层朝着基础管外径移动的环形流路。
所述方法800此外包括提供流入控制装置。这可以在框820中看到。所述流入控制装置是根据上述任意实施方案来构建的。所述流入控制装置包括化学启动的密封机构。启动是通过曝露于不想要的流体而发生的。所述不想要的流体通常是水，但是它可以可选择地是轻质气体例如甲烷或者乙烷。
所述方法800还包括选择在不想要的流体存在下降解的材料。这显示在框830处。在一方面，所述不想要的流体是水或者其他酸性流体，并且所述材料是碳-基或者镁-基钢。可化学降解的部件当在井下温度和压力曝露于烃流体时保持了它的形状。同时，所述可化学降解的部件由在水存在下降解的材料制造。
要注意的是步骤830可以包括选择所述材料的厚度。所述材料越薄，所述材料降解得越快。材料厚度是根据所预期的流体酸度和流体流速来调节的。在一方面，所述可化学降解基底的厚度是10mm至1cm。
所述方法800进一步包括将第二砂筛接头的第一端操作性连接到流入控制装置的第二端。这显示在框840中。类似地，方法800包括将第一砂筛接头的第二端操作性连接到流入控制装置的第一端。这显示在框850中。这些连接可以通过焊接，夹紧或者压接进行。
所述方法800还包含将所述第二砂筛接头，流入控制装置和第一砂筛接头运行入井筒。这提供在框860中。方法800然后包括由井筒来生产烃流体。这意味着生产流体流入所述流入控制装置，流入基础管和上升到地面。这显示在框870处。
所述方法800进一步包括在生产操作开始后启动流入控制装置中的密封机构。这提供在框880处。根据本发明的方面，所述密封机构包括可化学降解的部件。在所述可化学降解的部件已经曝露于井筒中不想要的流体之后，所述部件将降解。通过降解，启动所述密封机构并且停止所生产的流体通过所述流入控制装置和进入基础管的流动。
所述部件的降解速率取决于几个因素。这些包括构成所述可化学降解部件的材料的性质，部件厚度，所生产的流体的酸度，和所生产的流体进入流入控制装置的流速。在这方面，流速影响了壁剪切应力。在另一种实施方案中，所述方法包括调节所述流入控制装置来建立进入基础管的最大流动面积。
此处提供了完井的第二方法900。第二方法900显示在图9中。在这种方法中，所述井筒同样优选包括作为裸眼井完成的下部。优选所述裸眼井部分是水平完成的。
在一方面，方法900首先包括提供砂筛接头。这显示在框910处。所述砂筛接头可以是图3所示的砂筛组件的一部分。在这种情况中，连接组件可以用于所述砂筛接头的对端上。可选择地，所述砂筛接头可以简单地是置于井筒中一系列砂筛的一部分。
所述砂筛接头将包括基础管。所述砂筛接头还将包括过滤介质，其中所述过滤介质以圆周方式位于至少一部分的基础管周围和沿着其布置。所述过滤介质产生了用于在地下生产操作中生产流体从周围的地下地岩层朝着基础管外径移动的环形流路。
所述方法900此外包括提供流入控制装置。这可以在框920中看到。如图5a所示，所述流入控制装置包含管状基础管，该管状基础管具有用于接收井筒内生产流体的一个或多个通孔。所述装置进一步包括外壳，其保持了位于该外壳内的疏水材料。从地下地岩层移动进入基础管内狭缝的生产流体必须经过所述疏水材料。
如图6a所提供的，所述流入控制装置中的疏水材料提供了孔的网络。所述孔的网络允许烃流体在途中由此流动到所述通孔，但是所述疏水材料限制含水流体由此通过。
所述方法900还包括选择充当所述流入控制装置用多孔疏水材料的材料。这显示在框930处。在一方面，所述疏水材料包含单个粒子的集合，并且每个粒子的外径是50μm至1000μm。在一方面，每个所述粒子限定了包含内芯和外层的球形体。所述内芯优选是坚固材料例如陶瓷，纳米纤维，或者纳米碳增强的聚合物。
所述外层是由
所述方法900进一步包括将砂筛接头与流入控制装置的外壳操作性连接。这显示在框940中。所述方法900还包含将所述砂筛接头和流入控制装置运行入井筒中。这提供在框950处。可选择的，所述方法900进一步包括将所述接头和多孔疏水材料置于井筒中，以使得它面向具有水窜可能性的生产间隙。
方法900然后包括由井筒生产烃流体。这显示在框960处。在生产过程中，在进入基础管并且带到地面之前将所生产的水从生产流体中过滤。
很显然此处所述的本发明是充分设计来实现上述益处和优点的，将理解本发明能够进行改变，变动和改变而不脱离其主旨。提供了用于完成裸眼井井筒的改进方法，通过使用或者启动沿着砂筛组件的流入控制段来密封或者至少限制由一个或多个所选择的地下间隙的生产。
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